杏彩体育官网光学规划根底_

　　光学体系规划根底 常识 第一章 象差总述 §1.几许象差 （1）概述：抱负光学体系观念 两个假定 ①有必要是充沛小孔径、视场 ②或是0孔径、0视场 才能成完善像 实践上这种抱负体系是无意义的 ∵ ①有必要要以必定宽度的光束（孔径要求） ② 对必定巨细的物体（视场要求） 实践成像 ∴不再成完善像，呈现失真、变形, 并在白光的照明下呈现五颜六色的象 归纳……这便是象差 象差研讨： （1）象差的分类 （2）象差发生的原因及损害 （3）光学体系目标差的要求及象质点评 所以总的意图 --完结光学体系及光学元件的规划； 象差剖析、象差平衡、象质点评 （2）象差的分类与表明 分类 轴上点单白 色光光:: L, SC lF C 象差轴外点单白色光光: :yKF CT , K S , X T , X S , X TS , yZ 象差的表明 简略表明 （A）轴上点象差（单色象差）：L, SC L L l 实理 SC KS A 白光：轴上点方位色差 lFC lF lC LFC LF LC 例如：单透镜 球差 L L l 实理 正弦差 SC KS AQ 方位色差 实践：LFC LF LC 近轴：lFC lF lC（ 近轴区） 即色差在近轴区也存在 （B）轴外点象差（单色象差） 彗差 像散、场曲 X ts X t X s 畸变 桶形 畸变 枕形 畸变 yZ yZ y 倍率色差（轴重色差） yFC yF yC §2.光学体系的象差要求 类型 象差要求 镜头结构 小视场 显微物镜 大孔径 望远物镜 L, SC, lFC 大视场 目镜 小孔径 X ts, X t, X s KT, yFC,yZ 大视场 拍摄物镜 悉数七种象差 大孔径 投影物镜 简略,双胶合 （双别离） 称小象差体系 无须校对轴上点象 差，主要为轴外点 象差，恰当校对光 栏球差，比较杂乱 杂乱 称为大像差体系 第二章 光学体系规划进程 §1.概述 所谓光学体系规划便是依据运用要求， 来决议满意运用要求的各种数据，即决 定光学体系的功能参数、外形尺度和各 光组的结构等。 一、对光学体系的要求 任何一种光学仪器的用处和运用条件必定会对它的光学体系 提出必定的要求。 1、光学体系的根本特性： NA或D/f′，2y或2ω，β，f′ 2、体系的外形尺度： 包含横向尺度和纵向尺度，在规划光学体系时，外形尺度计 算以及各光组之间光瞳的联接都是很重要的。 3、成像质量： 成像质量的要求和光学体系的用处有关。关于望远体系和 一般的显微镜只要求中心视场有较好的成像质量；关于照相物 镜，要求整个视场都要有较好的成像质量。 4、仪器的运用条件： 依据仪器的运用条件，要求光学体系具有必定的稳定性、抗振性、 耐热性和耐寒性等，以确保仪器在特定的环境下能正常作业。 二、光学体系规划进程概述 1、外形尺度核算 2、初始结构的选型与核算 3、像差校对和平衡 4、像质点评 §2 光学体系的外形尺度核算 一、外形尺度核算的使命 规划光学体系原理图，确认根本光学特性，使其满意给定的技能 要求，即确认NA或D/f′、2y或2ω、β、f′、共轭距、后作业距、 光阑方位和外形尺度。 在进行外形尺度核算时，首要要依据要求拟定光学体系的原理 图。合理的光学体系原理图能够确保体系得到杰出的成像质量。其 次是按技能要求确认光学体系的根本特性和外形尺度。对某些光学 体系还要进行光能量核算。最终是确认体系各部件的根本特性，以 便挑选各光组的结构。 为了简化各种类型光组的核算，能够把光学体系当作是由一 系列无限薄的光组组成的。经过简化后的光学体系就能够用抱负 光学体系的理论和公式进行外形尺度核算。 有些光学体系能够是这种简化的体系，如：低倍显微镜、开普勒 望远镜、具有棱镜或透镜转像体系的望远镜等；也有一些光学仪器 不能认为是薄透镜光组，如：照相物镜、广角物镜、大数值孔径的 高倍显微物镜等。关于这种光学体系的外形尺度核算要与求解初始 结构一同进行，它的外形尺度便是像差校对好今后的结构尺度。 二、典型光学零件的外形尺度核算 1. 抱负成像理论 2. 渐晕系数 3. 棱镜转像体系 4. 透镜转像体系 5. 场镜 §3 光学体系初始结构的核算办法 初始结构的核算意图便是要确认体系的 初始结构参数：曲率半径、透镜的厚度、 间隔、玻璃折射率和色散等。它的核算方 法有两种：一种是依据初级像差理论用代 数法求解初始结构；另一种是从已有的专 利文献材料中挑选初始结构。 一、代数法-PW办法 光学规划顶用PW办法意图是按初级象差 理论求取光学体系的初始结构，以供作光路 核算校目标差之用。在求解光学体系的初始 结构时，按初级象差公式核算，并省略透镜 的厚度，因而，它是一个近似解，其近似程 度决议于所规划的体系的视场和孔径。 PW方式初级像差系数 k SI k hP i1 k i 1 k k P ni i i i u W i i i u i 1 k S II i1 S III i 1 k i 1 hz P J W i 1 hz2 P 2J k hz h i1 h W J2 k i 1 1 u hn k SIV i1 J2 k i 1 n n nnr k SV i 1 k i 1 hz2 h2 k P 3J i 1 hz2 W h2 J 2 k i 1 hz h 3 h u n n n nnr J 2 k i 1 1 h2 1 n2 二、 从已有材料中挑选初始结构的办法 跟着核算机的开展和光学规划技能的进步， 人们现已规划出许多功能优秀的各种光学体系， 并把这些材料载入技能档案和专利文献中。有些 光学规划手册也专门收集了有关规划材料。如能 从这些专利文献中挑选一些光学特性与所规划的 物镜尽或许挨近的结构做为初始结构，不光会给 规划者节约许多时刻，而且也简略获得成功。尤 其是，规划高功能的杂乱物镜时，一般都从专利 文献中挑选初始结构。 规划过程： 一、物镜选型 在光学体系全体规划完结今后，应依据核算的光学特性，选 择镜头的结构型式，确认其结构参数r、n、d。 二、缩放焦距 结构选型选好后，它的焦距不必定完全符合规划要求，因而必 须缩放焦距。 三、替换玻璃 在国外的专利文献中，物镜选用的玻璃商标与国产商标许多是 不相符的，尤其是一些高功能的物镜大都选用高折射率的玻璃。这 些玻璃价格昂贵，加工功能差，在满意规划要求的前提下尽量少选 用这些玻璃，因而有必要对已有的结构替换玻璃。 为了坚持色差不变（或改变很小），替换玻璃时，应尽量选 用色散（或阿贝常数）挨近的玻璃。另：若挑选的初始结构单色 像差很好，而色差欠好，也可用替换玻璃的办法校对色差。 四、预算高档像差 在挑选已有结构时，往往有许多光学特性附近的结构供咱们 挑选，这要由结构的高档像差来决议，应该选高档像差小的那个 结构作为初始结构。由像差理论可知，当体系的边际孔径或视场 校对了像差今后，在体系各带区孔径或带区视场有最大剩下像差， 它的巨细完全由高档像差决议。因而咱们能够用剩下像差巨细来 预算高档像差。 五、查看边界条件 在进行像差校对之前必定要查看边界条件，由于经过缩放以 后的结构往往会呈现透镜中心厚度变薄边际变尖的状况，在规划 时要随时查看，避免浪费时刻。关于正透镜要查看边际厚度是否 变尖；关于负透镜要查看中心厚度是否太薄。此外还应留意作业 距是否满意要求。边界条件满意后再开端像差校对就不会出问题 了。 §4 像差校对与平衡 结构参数的输入 入瞳的输入 视场的输入 波长的输入 二维图 光线光路核算数据 光线像差 光程差 MTF 点列图 §5.象质点评 一、概述 ①点评观念 几许光学观念：办法简略 办法近似 点象的能量散布观念 物理光学观念：波差原理，办法较冗杂 ②常用办法（理论剖析、核算） 瑞利判别 高质量的小象差体系，一种实在 可行的点评办法 点列图 合适大象差体系，主要是拍摄物镜 分辨率 ：lp / mm 比较合适大象差体系 传递函数（MTF） 关于大象差体系，无论是高比照或是低对 比都是合适的，是一种十分活跃的办法，并 且与查验办法合作很好。 ③查验办法（测验） 目视分辨率板 办法简略，意 义清晰，其对细 节分辨率有定量 的表明，但关于 较粗线条的成像 质量不能作定量 点评。 存在问题 有时两个物镜分辨率相同，但其粗线条的 清楚程度或许不相同。 实践上一 一个 个质 质量 量较 较好 差 可是分辨率是反映不出来的 ∴往往看“象质”补偿（主观性） 象发不发闷 调查粗线条拖不拖尾巴 带不带色彩 星点查验法 调查点光源经过物镜所得到象斑的形状 （a） 物镜没有象差时或挨近没有象差时 --象斑是艾利圆。 （b） 同心度欠好，玻璃不均匀或留有工艺 应力都会使星点形状不对称或不规则。 特色： ① 合适高质量物镜查看 ② 主观性大，因人而异 传递函数（OTF） 当作对星点的定量阐明 (调制) 传递函数测验仪MPTTFF OTF (相位) 二、瑞利判别 界说：波面和参数球面最大不同不超越 / 4 时，此波面可当作无缺陷的，称为瑞利判 断 W / 4 以最大波象差作为成像质量的规范，而且 W / 4 特色：①核算便利、简略 ②判别明晰、敏捷 ③能直观判别批改参数的改变方向 只合适小象差体系 象差容限 例如：小象差体系 L, SC, lFC 一个概念：焦深， 纵向象差的衡量单位 W n l 2 Um 0 du2 n 2 um2l n 2 um2l 4 2l num 2 显微、望远物镜 ① Lm 0 体系仅有 初级球差 Lm 4 num 2 4 Lm 0 体系一起具 有初级和二 级球差 L0.707 6 num 2 6 ② SC 0.00025~ 0.0025 ③ WFC 1 4 ~ 1 2 目镜像差容限： 视场中心 2 30° 30°～60° 60°～ k T 1.5 nsinU x ts 2 屈光度 4 6 x t , x s 2 4 6 Yz Yz y 5% 7% 12% y FC 0.001 f目 0.0015 f目 0.003 f目 三、分辨率 界说：光学体系的分辨率和辨别率是光学系 统区别很细微和方位十分接近的物象细节的 才能。 表明：两个点或两条线之间的最小间隔 lp / mm 鉴定办法：①对望远物镜选用角量 ②对拍摄和显微用线量 望远物镜的分辨率 视点： 1.22（弧度值）或 140 D D 显微物镜 0 0.61 n sin u 0.61 NA 拍摄物镜 N 1475 D f 定论 分辨率与运用要求有较为亲近联络，与象差 的联络不亲近 相 相对孔径（或NA） 分辨率照明条件，观测目标 关 及布景、接收器 2 ,2Y or D f 从视场中心 边际 0 N 所以 在小象差体系时，仅为运用条 件的标志，不反映象差状况。 在大象差体系中，尤其是拍摄 体系，分辨率作为质量指标之 一来点评。 四、点列图 一般点评规模：地理望远物镜，摄 影物镜 界说：由一点宣布的许多光线经光 学体系之后，由于象差存在，其与 象面的交点不再坐落同一点，而是 构成散开的图形，称之为点列图 作法：把入射光瞳的一半分红极坐 标或直角坐标 （1）光线均匀地散布在入射面上 （2）光点密度程度能够用来衡量 光学体系的质量好坏 缺陷：核算量特别大 由于追迹的光线越多，点评就越准确， 越能反映出象上光强散布的状况。 例如：入瞳散布400等分 半部为200等分 4个视场 5个色光 5次离焦，找最佳象面 ∴追迹光线 明显，假如区分越细，离焦次数越多，核算量 就越大 §5.光学传递函数 ①分辨率是矩形波光栅 (a) 体系 (b) 亮度的散布是矩形散布 ②传递函数（正弦波光栅） 空间周期：T 空间频率： v 1/T 空间角频率： 2v 2 / T 亮度散布是抬高了的正弦曲线 ③比照度 I (x) I0 Ia cos(2 vx) Imax I0 Ia Imin I0 Ia M Imax Imin Ia 1 Imax Imin I0 I (x) I0 (1 M cosx) 成像的线条方位不在抱负成像的线条像方位 上，即： 抱负的亮度散布 I (x) 1 M ( ) cos 2 vx 实践的亮度散布 I(x) 1 M( )cos2vx (v) 明显，正弦波光栅经体系之后的状况 比照度下降 调制传递函数MTF： T ( ) M ( ) M ( ) 相位发生移动 位相传递函数PTF： ( ) 把两者归纳起来的影响，归纳为一个复数 方式的表达式： D(v) T (v)ei (v) D(v) OTF MPTT((TvvF))F --受象差影响 --目标差没有影响， 即清晰度没影响仅 发生变形 由OTF可求分辨率，并可判别其象质